Помислете за всичко, което е необходимо на едно човешко селище, за да процъфтява: снабдяване с храна, построяване на подслон, отглеждане на деца и т.н. Трябва да има начин за поделяне на ресурсите, организиране на общите усилия и ефикасно разпределение на работата. Представете си, че трябва да направите това без никакво планиране или по-високо ниво на комуникация. Добре дошли в колонията на мравките. Мравките имат една от най-сложните социални организации в животинския свят. Те живеят в структурирани колонии, състоящи се от различен тип членове, които изпълняват определени роли. Макар че може и да прилича на някои човешки общества, тази организация не произлиза от решенията на някакво висше ниво, а е част от биологически програмиран цикъл. При много видове всички крилати мъжки и крилати девствени царици от всички близки колонии в популацията напускат мравуняците си и се срещат на централно място, за да си изберат партньор, използвайки феромони, за да се водят един друг до мястото за размножаване. След съвокуплението мъжките умират, а женските се опитват да основат нова колония. Малкото, които успяват, се заселват на подходящо място, изгубват крилата си и започват да снасят яйца, като избирателно оплождат някои със сперма, запазена от съвокуплението. От оплодените яйца израстват женски мравки-работнички, които се грижат за царицата и яйцата ѝ. Те, също така, защитават колонията и търсят храна, а неоплодените яйца се превръщат в мъжки мравки, чиято единствена работа е да чакат, докато станат готови да напуснат мравуняка и да се размножат, започвайки цикъла отначало. Как мравките-работнички решават какво да правят и кога? Всъщност, те не решават. Въпреки че нямат методи за целенасочена комуникация, отделните мравки взаимодействат една с друга чрез докосване, звук и химически сигнали. Тези стимули служат за много неща - от сигнал за тревога към останалите, ако има убита мравка, до съобщение кога царицата наближава края на репродуктивния си живот. Но една от най-впечатляващите колективни способности на колонията е старателното и резултатно проучване на големи площи без никакъв предварителен план. Повечето видове мравки виждат слабо или не виждат въобще и могат да подушват само близки неща. Заедно с липсата на прецизна координация, това би ги направило ужасни изследователи, но те имат удивително прост начин за постигане на най-ефективното търсене чрез промяна на модела си на движение въз основа на индивидуални взаимодействия. Когато две мравки се срещнат, те се усещат една друга чрез докосване на антените. Ако има много мравки на малка площ, това ще става по-често и те ще реагират като се движат по по-спираловидни, случайни пътища, за да търсят по-усърдно. В по-широко пространство с по-малко мравки, където срещите са по-редки, те вървят в права линия, за да покрият повече площ. Докато проучва околността по този начин, една мравка може да се натъкне на всякакви неща, от заплахи или врагове до алтернативни места за мравуняк. Някои видове имат и друга способност, известна като "вербуване". Когато мравка от такъв вид намери храна, тя ще се върне с нея, маркирайки пътя си с ароматен химикал. После други мравки ще тръгнат по феромонната пътека, подновявайки я всеки път, когато намерят храна и се върнат. Веднага щом храната на това място свърши, мравките спират да маркират връщането си. Ароматът се разсейва и пътеката вече не привлича никого. Тези примитивни на вид методи за търсене и донасяне всъщност са толкова полезни, че се използват в компютърни модели за получаване на оптимални решения от децентрализирани елементи, които работят на случаен принцип и си разменят проста информация. Това има много теоретични и практически приложения - от решаването на прочутата задача на пътуващия търговец до планирането на изчислителни задачи и оптимизиране на търсенето в Интернет, също и възможността групи роботи да претърсват колективно минно поле или горяща сграда без никакъв централен контрол. Можете пряко да наблюдавате тези очарователно прости, но ефикасни процеси в няколко лесни експеримента, като пуснете мравки в празни пространства с различна големина и обърнете внимание на поведението им. Мравките може и да не гласуват, да не провеждат срещи или да правят планове, но ние, хората, все пак можем да научим нещо от начина, по който обикновени същества като тях действат толкова резултатно по такива сложни начини.
Think about all the things that need to happen for a human settlement to thrive: obtaining food, building shelter, raising children and more. There needs to be a way to divide resources, organize major efforts and distribute labor efficiently. Now imagine having to do this without any sort of planning or higher level communication. Welcome to the ant colony. Ants have some of the most complex social organization in the animal kingdom, living in structured colonies containing different types of members who perform specific roles. But although this may sound similar to some human societies, this organization doesn't arise from any higher level decisions, but is part of a biologically programmed cycle. In many species, all the winged males and winged virgin queens from all the nearby colonies in the population each leave from their different nests and meet at a central place to mate, using pheromones to guide each other to a breeding ground. After mating, the males die off, while females try to establish a new colony. The few that are successful settle down in a suitable spot, lose their wings, and begin laying eggs, selectively fertilizing some using stored sperm they've saved up from mating. Fertilized eggs grow into female workers who care for the queen and her eggs. They will then defend the colony and forage for food, while unfertilized eggs grow into males whose only job is to wait until they are ready to leave the nest and reproduce, beginning the cycle again. So how do worker ants decide what to do and when? Well, they don't really. Although they have no methods of intentional communication, individual ants do interact with one another through touch, sound and chemical signals. These stimuli accomplish many things from serving as an alarm to other ants if one is killed, to signaling when a queen is nearing the end of her reproductive life. But one of the most impressive collective capabilities of an ant colony is to thoroughly and efficiently explore large areas without any predetermined plan. Most species of ants have little or no sense of sight and can only smell things in their vicinity. Combined with their lack of high level coordination, this would seem to make them terrible explorers, but there is an amazingly simple way that ants maximize their searching efficiency; by changing their movement patterns based on individual interactions. When two ants meet, they sense each other by touching antennae. If there are many ants in a small area this will happen more often causing them to respond by moving in more convoluted, random paths in order to search more thoroughly. But in a larger area, with less ants, where such meetings happen less often, they can walk in straight lines to cover more ground. While exploring their environment in this way, an ant may come across any number of things, from threats or enemies, to alternate nesting sites. And some species have another capability known as recruitment. When one of these ants happens to find food, it will return with it, marking its path with a chemical scent. Other ants will then follow this pheromone trail, renewing it each time they manage to find food and return. Once the food in that spot is depleted, the ants stop marking their return. The scent dissipates and ants are no longer attracted to that path. These seemingly crude methods of search and retrieval are, in fact, so useful that they are applied in computer models to obtain optimal solutions from decentralized elements, working randomly and exchanging simple information. This has many theoretical and practical applications, from solving the famous traveling salesman problem, to scheduling computing tasks and optimizing Internet searches, to enabling groups of robots to search a minefield or a burning building collectively, without any central control. But you can observe these fascinatingly simple, yet effective, processes directly through some simple experiments, by allowing ants to enter empty spaces of various sizes and paying attention to their behavior. Ants may not be able to vote, hold meetings or even make any plans, but we humans may still be able to learn something from the way that such simple creatures are able to function so effectively in such complex ways.